JPH08116121A - 波長変換レーザー - Google Patents

波長変換レーザー

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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】ネオジウム(Nd)が添加された固体レーザー
結晶を光によってポンピングし、それにより発せられた
固体レーザービームを、共振器内に配した非線形光学結
晶により波長変換するとともに、共振器内に配したエタ
ロン16によって単一縦モード化する波長変換レーザーに
おいて、温度が変化しても単一縦モードを安定して維持
できる。 【構成】非線形光学結晶として、MgO:LiNbO3
結晶15等のタイプIの位相整合を果たすものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Nd:YVO4 結晶を
レーザー媒質として用いる固体レーザーに関し、特に詳
細には、波長変換機能を備え、そして単一縦モード化が
図られた固体レーザーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば特開昭62-189783 号公報に示され
るように、ネオジウム(Nd)が添加された固体レーザ
ー結晶を半導体レーザー等から発せられた光によってポ
ンピングする固体レーザーが公知となっている。またこ
の種の固体レーザーにおいては、より短波長のレーザー
ビームを得るために、その共振器内に非線形光学材料の
結晶(非線形光学結晶)を配置して、固体レーザービー
ムを第2高調波等に波長変換することも広く行なわれて
いる。
【0003】上述のような波長変換レーザーに対して
は、その他の種類のレーザー装置と同様に、縦モード競
合による出力変動を抑えるために、単一縦モードで発振
させたいという要求がある。そのために従来より、固体
レーザー媒質として、単一縦モード発振が得られやすい
Nd:YVO4 結晶(Ndが添加されたYVO4 結晶)
を適用する試みがなされている。
【0004】しかし、このNd:YVO4 結晶を固体レ
ーザーに適用した場合でも、励起パワーを高くすると多
重縦モード発振しやすくなることが明らかになってい
る。そこで、例えば1993年春季応用物理学会学術講演会
予稿集,31p−Z−4に記載されているように、Nd:
YVO4 結晶を適用した固体レーザーにおいて、共振器
内に非線形光学結晶であるKTP結晶とともにエタロン
を配置して、このエタロンによってより確実に単一縦モ
ード化するようにした波長変換レーザーが提案されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにエ
タロンを利用する場合でも、レーザーの共振器温度が変
化すると、多重縦モード発振してしまうことがある。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、発振モードを安定して単一縦モード化すること
ができる波長変換レーザーを提供することを目的とする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による波長変換レ
ーザーは、前述したようにNd:YVO4 結晶を光によ
ってポンピングし、それにより発せられた固体レーザー
ビームを、共振器内に配した非線形光学結晶により波長
変換するとともに、共振器内に配したエタロンにより発
振モードを単一縦モード化する波長変換レーザーにおい
て、上記非線形光学結晶として、タイプIの位相整合を
果たすものが用いられていることを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用および発明の効果】本発明者等の研究によると、
前述のKTP結晶とエタロンとを用いる従来装置が多重
縦モード発振しやすいのは、以下のような理由によるも
のであることが判明した。すなわち、KTP結晶はタイ
プIIの位相整合を果たす非線形光学結晶であるため、そ
れとNd:YVO4 結晶とは方位角が互いに45°傾く状
態に配設される。そこで、KTP結晶を含む共振器の温
度が変化すると固有偏光モードが変化し、π偏光発振の
他にσ偏光発振も起こり、多重縦モード化してしまうの
である。
【0009】それに対して本発明のように、非線形光学
結晶としてタイプIの位相整合を果たすものを用いる場
合は、該非線形光学結晶とNd:YVO4 結晶とは方位
角が互いにほぼ一致する状態に配設される。この構成に
おいては、基本波である固体レーザービームがNd:Y
VO4 結晶の異方性(π偏光とσ偏光のゲインの差)に
よりπ偏光発振し、そして共振器温度が変化してもこの
固有偏光モードは変化しないので常にπ偏光発振が維持
され、縦モードも単一のまま保たれるようになる。
【0010】本発明の波長変換レーザーにおいては、以
上のようにして安定した単一縦モード化の効果が得られ
るので、共振器の温度調節の許容誤差が拡大し、比較的
簡単な低コストの温調手段が利用可能となる。また、こ
のように共振器の温度調節の許容誤差が拡大することに
より、経時安定性も従来に比べて格段に向上し、長時間
に亘る単一縦モード発振が可能となる。
【0011】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例によるレー
ザーダイオードポンピング固体レーザーを示すものであ
る。このレーザーダイオードポンピング固体レーザー
は、ポンピング光としてのレーザービーム10を発する半
導体レーザー11と、例えば屈折率分布形レンズからなり
発散光である上記レーザービーム10を集光する集光レン
ズ12と、ネオジウム(Nd)がドープされた固体レーザ
ー媒質であるYVO4 結晶(Nd:YVO4 結晶)13
と、このNd:YVO4 結晶13の前方側(図中右方側)
に配された共振器ミラー14とを有している。
【0012】そして共振器ミラー14とNd:YVO4
晶13との間には、周期ドメイン反転構造を有する非線形
光学結晶であるMgO:LiNbO3 (MgOがドープ
されたLiNbO3 )結晶15とエタロン16とが配置され
ている。
【0013】上に述べた要素13〜16は熱伝導率の高い例
えば銅製の筐体20に固定され、そしてこの筐体20の固体
レーザー共振器(後述のように共振器ミラー14およびN
d:YVO4 結晶13で構成される)に近い部分には、温
度制御素子としてのペルチェ素子21が配されている。ま
た筐体20内には、共振器内部の温度を検出する温度セン
サ22が配設されている。ペルチェ素子21の駆動は、この
温度センサ22の出力を受ける温調回路23によって制御さ
れ、それにより共振器内温度が所定温度に保たれる。さ
らに、半導体レーザー11も図示しない温調手段により所
定温度に保たれる。
【0014】半導体レーザー11としては、波長808 nm
のレーザービーム10を発するものが用いられている。ま
たNd:YVO4 結晶13はNd濃度が1atm %のもので
あり、そのc軸の方位がレーザービーム10の直線偏光の
向きと揃う状態に配設されている。このようにするの
は、レーザービーム10の直線偏光の向きにa軸方位を合
わせる場合よりも、レーザービーム10の吸収効率が高い
からである。
【0015】一方MgO:LiNbO3 結晶15はMgO
濃度が5mol %のもので、図2に示されるように、その
c軸を含む面内で延びるドメイン反転部15aの周期は6.
95μm、光通過端面のサイズは2×0.5 mm、厚さは2
mmとされている。そしてこのMgO:LiNbO3
晶15は、Nd:YVO4 結晶13とc軸の方位が一致する
状態に配設されている。
【0016】Nd:YVO4 結晶13は、入射したレーザ
ービーム10によってネオジウムイオンが励起されて、波
長が1064nmのレーザービーム18を発する。このレーザ
ービーム18はNd:YVO4 結晶端面13aと共振器ミラ
ー14のミラー面14aとの間で共振し、MgO:LiNb
3 結晶15により、タイプIの位相整合が取られた上
で、波長が1/2すなわち532 nmの第2高調波19に変
換される。
【0017】Nd:YVO4 結晶13の後側端面13aに
は、上記レーザービーム10を良好に透過させる一方、レ
ーザービーム18および第2高調波19は良好に反射させる
コーティングが施されている。一方共振器ミラー14のミ
ラー面14aには、レーザービーム18を良好に反射させる
一方、第2高調波19は一部透過させるコーティングが施
されている。またエタロン16は例えば石英板からなり、
その両端面には波長1064nmに対して部分反射、波長53
2 nmに対して無反射となるコーティングが施されてい
る。
【0018】本実施例においては、エタロン16の作用で
レーザービーム18が単一縦モード化され、それにより第
2高調波19も単一縦モード化され、該第2高調波19の一
部が共振器ミラー14から出射する。そして、MgO:L
iNbO3 結晶15とNd:YVO4 結晶13とが、互いに
c軸方位が一致する状態に配置されているので、レーザ
ービーム18はNd:YVO4 結晶13の異方性(π偏光と
σ偏光のゲインの差)によりπ偏光発振し、共振器温度
が変化してもこの固有偏光モードは変化しないので常に
π偏光発振が維持され、縦モードも単一のまま保たれる
ようになる。
【0019】前述したように固体レーザー媒質としてN
d:YVO4 結晶を用い、共振器内にKTP結晶ととも
にエタロンを配置した従来の波長変換レーザーにおいて
は、共振器温度が0.5 ℃変化すると、多重縦モード発振
したり、モードホップしてしまうが、上記実施例の場合
は共振器温度が約2℃変化しても、安定して単一縦モー
ド発振を維持できるようになった。このように、単一縦
モード発振を維持できる温度範囲が拡大したことによ
り、経時安定性も従来に比べて格段に向上し、10000 時
間以上に亘る単一縦モード発振も可能となった。
【0020】なお、タイプIの位相整合を果たす非線形
光学結晶としては、上に述べた周期ドメイン反転構造を
有するMgO:LiNbO3 結晶15に限らず、その他、
周期ドメイン反転構造を持たないMgO:LiNbO3
や、さらにはLiTaO3 、KNbO3 、β−BBO、
LBO、Ba2 NaNb5 15等の結晶も使用可能であ
る。
【0021】また、このタイプIの位相整合を果たす非
線形光学結晶として周期ドメイン反転構造を有するもの
を用いる場合は、上記MgO:LiNbO3 結晶15の他
に、LiNbO3 結晶や、LiTaO3 結晶や、KTP
結晶に周期ドメイン反転構造を形成したもの等も使用可
能である。また、以上の他に、周期的に屈折率変調を有
する非線形光学結晶の使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による波長変換レーザーを示
す概略側面図
【図2】上記波長変換レーザーの要部を示す斜視図
【符号の説明】
10 レーザービーム(ポンピング光) 11 半導体レーザー 12 集光レンズ 13 Nd:YVO4 結晶 14 共振器ミラー 15 MgO:LiNbO3 結晶 16 エタロン 18 固体レーザービーム(基本波) 19 第2高調波 20 筐体 21 ペルチェ素子 22 温度センサ 23 温調回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ネオジウム(Nd)が添加されたYVO
    4 結晶を光によってポンピングし、 それにより発せられた固体レーザービームを、共振器内
    に配した非線形光学結晶により波長変換するとともに、 共振器内に配したエタロンにより発振モードを単一縦モ
    ード化する波長変換レーザーにおいて、 前記非線形光学結晶として、タイプIの位相整合を果た
    すものが用いられていることを特徴とする波長変換レー
    ザー。
  2. 【請求項2】 前記非線形光学結晶が周期ドメイン反転
    構造を有するものであることを特徴とする請求項1記載
    の波長変換レーザー。
  3. 【請求項3】 前記周期ドメイン反転構造を有する非線
    形光学結晶がMgO:LiNbO3 結晶であることを特
    徴とする請求項2記載の波長変換レーザー。
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